JP3837452B2 - Magnetic sensor - Google Patents
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Description
【0001】
本発明はブラシレスモータの制御素子などに使用される磁気センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ホール素子を代表とする磁気センサは、ブラシレスモータにおける制御素子として家庭電器、産業機械などの分野には欠かせない重要なセンサの一つとなっており、より高感度で適用範囲の広い磁気センサの開発が望まれている。半導体磁気センサの感度は半導体中の電子の移動度に依存することから、感度向上の打開策として近年、電界放射の原理に基づく冷陰極型固体真空装置を磁気センサとして利用しようとする試みが行われている。また、この装置は高温や放射能環境でも使用可能といわれており、適用範囲の拡大が期待できる。
このような装置の代表的な例を図5に示す。絶縁性または半絶縁性の基板5上に設けられ、電子を放射するための縦型の電界放射型のエミッタ電極1と、エミッタ電極1から放射される電子数、即ちエミッタ電流を制御するためのゲート電極2と、エミッタ電極1から放射された電子の軌道を制御するための偏向電極4、エミッタ電極1から放射された電子を捕集するためのアノード電極3により構成されている。なお、素子作製は半導体プロセスを用いて行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような磁気センサは、分割されたアノード間の電極が絶縁されていることで機能を満足する。ところが、実際に使用すると各アノード間の絶縁が低下する。これは、電子ビームが絶縁層の表面を改質するためと考えられる。各アノード間の絶縁が低下すると、電子ビームの到達位置、すなわち、各アノード電極に流入する電流の分離が不正確になり、センサの精度が低下し信頼性を損ね、適用範囲を狭くしていた。
また、前記のような磁気センサは、外部印加磁界により偏向する位置を検出して磁界の情報を得ているのであるが、分割したアノード電極間は絶縁のため間隙が必要であることから、電子ビームが間隙を避け、分割したアノード電極にのみ流入する。このとき、磁界によって電子ビームの位置が変動しても一定以上の移動が発生するまで電子が流入するアノード電極が変わらないという現象が発生し、このことは磁界に対して出力がステップ状になることを意味する。したがって、センサの精度が低下し、適用範囲を狭くしていた。
そこで、本発明の第1の目的は、分割された前記アノード電極間の絶縁層を除去することで、信頼性を向上し、応用範囲の広い磁気センサを提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、分割された前記アノード電極間に同電位の補助アノード電極を形成することで、精度を向上させ、応用範囲の広い磁気センサを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
前記第1の目的を達成するため、本発明の磁気センサは、内部を真空にしたパッケージ内に、線状の電子ビームを放出するように配置した電界放射型のエミッタ電極と、前記エミッタ電極から放出される電子数を制御するゲート電極と、基板上に絶縁層を介して少なくとも2つに分割して設けた前記電子ビームの電子を捕集するアノード電極と、前記電子ビームを偏向させる偏向電極とを備え、測定対象の外部磁場により前記アノード電極に入射する電子数が変化することに基づいて前記外部磁場の強度を検出する磁気センサにおいて、前記分割されたアノード電極間の絶縁層が除去されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、分割された前記アノード電極間の絶縁層を除去しているので、電流の配分が正確にわかるようになるので、磁気センサの信頼性が向上する。
前記第2の目的を達成するため、前記磁気センサは、分割された前記アノード電極間に同電位の補助アノード電極をさらに有する。
この補助アノード電極を設けることにより、電子ビーム到達位置が外部磁界の印加によってのみ変動するので、出力がステップ状になることなく精度が向上する。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例を詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施例を説明するアノード電極部位付近の拡大断面図である。外観は従来例である図5とほぼ同様である。
本実施例の磁気センサは、電子を放出するために設けられた電界放射型のエミッタ電極1と、エミッタ電極1から放射される電子数、即ち、エミッタ電流を制御するためのゲート電極2と、エミッタ電極1から放射された電子を捕集するためのアノード電極3と、エミッタ電極1から放射された電子の軌道を制御するための偏向電極4により構成されている。これらの構成要素は、パッケージ8の内部に各々配設している。偏向電極4は、エミッタ電極1を中心として、均等に90度づつ4分割して配置している。なお、これらの偏向電極4には同電位が加わるようにしてある。また、アノード電極3はセンサ上部から見て、偏向電極4と同様な位置でアノード電極3を4分割している。各々のアノード電極3に到達する電流を計測することにより、アノード電極3への十字状に偏向した電子ビームの到達位置がわかる。これらの構造の外周に等電位の遮蔽電極7を設けている。これは、パッケージ8の内壁に導電体を塗布したもので、電子の軌道がセンサ外の電場の影響を受け、外部磁場Bと無関係に曲げられる危険性を防止するのに有効である。
【0006】
以上に述べた全ての電極は、十字状電子ビームの中心から放射状、且つ対称に配設してあり電子の軌道に異方性を持たせないようにしてある。
ここで、アノード電極3の断面図を用いてさらに詳細に本実施例を説明する。このとき電子を放出するエミッタ素子は図の上方に位置する。図2に示すような従来の構造では、絶縁層6の暴露部分の絶縁劣化によって分割したアノード電極31、32が電気的に共通になり電流を正確に分割して計測できない。そこで、緩衝フッ酸等で暴露部分をエッチングし図1のように絶縁層6を61,62の部分に分けて形成することで、絶縁層の劣化を免れ、電流を正確に分割して計測できるようになる。また、オーバーぎみにエッチングするほうが、より絶縁層の劣化を防止できるので好ましい。
【0007】
図3は、本発明の第2実施例を説明するアノード電極部位付近の拡大断面図である。本図においては、エミッタ素子は下方に位置する。外観は従来例である図5とほぼ同様であり、磁気センサの構成も第1実施例とほぼ同様である。
ここで本実施例においては、基板9を補助アノード電極としたもので、分割した各アノード電極3から電流検出機構11を通じて導出した配線に接続し、電圧印加機器12に接続している。
ここで、図4に示すように単にアノード電極3に電圧を印加した構造では、間隙10によって外部磁界による電子ビームの移動がステップ状になる。そこで、図3のように、分割した各アノード電極31,32から電流検出機構11を通じて導出した配線に基板9を接続し、電圧印加機器12に接続することで、電子ビーム到達位置が外部磁界の印加によってのみ変動するので、出力がステップ状になることなく、精度が向上する。
【0008】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、分割された前記アノード電極間の絶縁層を除去することにより、電流の配分が正確にわかるようになるので、磁気センサの信頼性が向上し、応用範囲の広い磁気センサを提供することができるようになる。
また、分割された前記アノード電極間に同電位の補助アノード電極を形成することにより、電子ビーム到達位置が外部磁界の印加によってのみ変動するので、出力がステップ状になることなく、精度が向上し、応用範囲の広い磁気センサを提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例を説明するアノード部位の拡大断面図である。
【図2】 従来の磁気センサのアノード部位の拡大断面図である。
【図3】 本発明の第2実施例を説明するアノード部位の拡大断面図に配線および電気回路機器を付与したものである。
【図4】 本発明の磁気センサのアノード部位の拡大断面図に配線および電気回路機器を付与したものである。
【図5】 従来の磁気センサの外観を示す模式図である。
【符号の説明】
1 エミッタ電極
2 ゲート電極
3,31,32 アノード電極
4 偏向電極
5 基板
6,61,62 絶縁層
7 遮蔽電極
8 パッケージ
9 基板
10 間隙
11 電流検出機構
12 電圧印加機器[0001]
The present invention relates to a magnetic sensor used for a control element of a brushless motor.
[0002]
[Prior art]
Magnetic sensors, typified by semiconductor Hall elements, are one of the most important sensors in the fields of household appliances and industrial machinery as control elements in brushless motors. Development is desired. Since the sensitivity of semiconductor magnetic sensors depends on the mobility of electrons in semiconductors, attempts have recently been made to use cold cathode solid-state vacuum devices as magnetic sensors based on the principle of field emission as a measure to improve sensitivity. It has been broken. In addition, it is said that this device can be used at high temperatures and in radioactive environments, and expansion of the application range can be expected.
A typical example of such an apparatus is shown in FIG. A vertical field emission type emitter electrode 1 provided on an insulating or semi-insulating substrate 5 for emitting electrons, and the number of electrons emitted from the emitter electrode 1, that is, for controlling an emitter current. A gate electrode 2, a deflection electrode 4 for controlling the trajectory of electrons emitted from the emitter electrode 1, and an anode electrode 3 for collecting electrons emitted from the emitter electrode 1. Note that element fabrication is performed using a semiconductor process.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Such a magnetic sensor satisfies the function because the electrodes between the divided anodes are insulated. However, when actually used, the insulation between the anodes decreases. This is presumably because the electron beam modifies the surface of the insulating layer. When the insulation between the anodes decreases, the position where the electron beam reaches, that is, the separation of the current flowing into each anode electrode becomes inaccurate, the accuracy of the sensor decreases, the reliability is reduced, and the application range is narrowed. .
In addition, the magnetic sensor as described above detects the position deflected by the externally applied magnetic field and obtains information on the magnetic field. However, since a gap is necessary for insulation between the divided anode electrodes, The beam avoids the gap and flows only into the divided anode electrode. At this time, even if the position of the electron beam fluctuates due to the magnetic field, a phenomenon occurs in which the anode electrode into which electrons flow does not change until a certain amount of movement occurs. Means that. Therefore, the accuracy of the sensor is lowered, and the application range is narrowed.
Therefore, a first object of the present invention is to provide a magnetic sensor with improved reliability and a wide application range by removing the divided insulating layer between the anode electrodes.
A second object of the present invention is to provide a magnetic sensor having a wide application range by improving the accuracy by forming auxiliary anode electrodes having the same potential between the divided anode electrodes.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, a magnetic sensor according to the present invention includes a field emission type emitter electrode arranged so as to emit a linear electron beam in a vacuum package, and an emitter electrode. A gate electrode for controlling the number of emitted electrons, an anode electrode for collecting electrons of the electron beam provided on a substrate via an insulating layer and collecting the electrons, and a deflection electrode for deflecting the electron beam A magnetic sensor for detecting the intensity of the external magnetic field based on a change in the number of electrons incident on the anode electrode due to the external magnetic field to be measured, and the insulating layer between the divided anode electrodes is removed. It is characterized by that.
According to the present invention, since the insulating layer between the divided anode electrodes is removed, the current distribution can be accurately understood, so that the reliability of the magnetic sensor is improved.
In order to achieve the second object, the magnetic sensor further includes an auxiliary anode electrode having the same potential between the divided anode electrodes.
By providing this auxiliary anode electrode, the electron beam arrival position fluctuates only by application of an external magnetic field, so that the accuracy is improved without the output being stepped.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of an anode electrode portion for explaining a first embodiment of the present invention. The appearance is almost the same as that of FIG.
The magnetic sensor of this embodiment includes a field emission type emitter electrode 1 provided for emitting electrons, a gate electrode 2 for controlling the number of electrons emitted from the emitter electrode 1, that is, an emitter current, It comprises an anode electrode 3 for collecting electrons emitted from the emitter electrode 1 and a deflection electrode 4 for controlling the trajectory of electrons emitted from the emitter electrode 1. These components are respectively disposed inside the package 8. The deflection electrode 4 is arranged in four equal portions of 90 degrees with the emitter electrode 1 as the center. Note that the same potential is applied to these deflection electrodes 4. Further, the anode electrode 3 is divided into four parts at the same position as the deflection electrode 4 when viewed from above the sensor. By measuring the current reaching each anode electrode 3, the arrival position of the electron beam deflected in a cross shape to the anode electrode 3 can be determined. An equipotential shielding electrode 7 is provided on the outer periphery of these structures. This is because the conductor is applied to the inner wall of the package 8 and is effective in preventing the danger that the trajectory of electrons is affected by the electric field outside the sensor and bent regardless of the external magnetic field B.
[0006]
All the electrodes described above are arranged radially and symmetrically from the center of the cross-shaped electron beam so as not to give anisotropy to the electron trajectory.
Here, the present embodiment will be described in more detail using a cross-sectional view of the anode electrode 3. At this time, the emitter element that emits electrons is positioned above the figure. In the conventional structure as shown in FIG. 2, the anode electrodes 31 and 32 divided by the insulation deterioration of the exposed portion of the insulating layer 6 become electrically common, and the current cannot be accurately divided and measured. Therefore, the exposed portion is etched with buffered hydrofluoric acid and the insulating layer 6 is divided into portions 61 and 62 as shown in FIG. It becomes like this. Further, it is preferable to perform over-etching because deterioration of the insulating layer can be further prevented.
[0007]
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the anode electrode portion for explaining the second embodiment of the present invention. In the figure, the emitter element is positioned below. The external appearance is substantially the same as that of the conventional example shown in FIG. 5, and the configuration of the magnetic sensor is substantially the same as that of the first embodiment.
Here, in the present embodiment, the substrate 9 is an auxiliary anode electrode, and is connected to a wiring led out from each divided anode electrode 3 through the current detection mechanism 11 and connected to the voltage application device 12.
Here, in the structure in which a voltage is simply applied to the anode electrode 3 as shown in FIG. 4, the movement of the electron beam by the external magnetic field is stepped by the gap 10. Therefore, as shown in FIG. 3, the substrate 9 is connected to the wiring led out from the divided anode electrodes 31 and 32 through the current detection mechanism 11 and connected to the voltage application device 12, so that the electron beam arrival position is an external magnetic field. Since it fluctuates only by application, the output is not stepped and the accuracy is improved.
[0008]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by removing the insulating layer between the divided anode electrodes, since the current distribution can be accurately understood, the reliability of the magnetic sensor is improved and the application is improved. A magnetic sensor having a wide range can be provided.
Also, by forming an auxiliary anode electrode having the same potential between the divided anode electrodes, the electron beam arrival position fluctuates only by the application of an external magnetic field, so that the output is not stepped and the accuracy is improved. Thus, it is possible to provide a magnetic sensor with a wide application range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of an anode portion for explaining a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an anode portion of a conventional magnetic sensor.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of an anode portion illustrating a second embodiment of the present invention, with wiring and electric circuit equipment added thereto.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of an anode part of the magnetic sensor of the present invention, with wiring and electric circuit equipment added thereto.
FIG. 5 is a schematic view showing the appearance of a conventional magnetic sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Emitter electrode 2 Gate electrode 3, 31, 32 Anode electrode 4 Deflection electrode 5 Substrate 6, 61, 62 Insulating layer 7 Shielding electrode 8 Package 9 Substrate 10 Gap 11 Current detection mechanism 12 Voltage application apparatus
Claims (3)
前記分割されたアノード電極間の絶縁層が除去されていることを特徴とする磁気センサ。A field emission type emitter electrode arranged so as to emit a linear electron beam in a vacuum package inside, a gate electrode for controlling the number of electrons emitted from the emitter electrode, and an insulating layer on the substrate Electrons incident on the anode electrode by an external magnetic field to be measured, comprising an anode electrode that collects electrons of the electron beam that are divided into at least two via a deflection electrode that deflects the electron beam In a magnetic sensor for detecting the intensity of the external magnetic field based on the number changing,
2. A magnetic sensor according to claim 1, wherein an insulating layer between the divided anode electrodes is removed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2131898A JP3837452B2 (en) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | Magnetic sensor |
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JP2131898A JP3837452B2 (en) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | Magnetic sensor |
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JPH11218569A JPH11218569A (en) | 1999-08-10 |
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Family
ID=12051817
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2131898A Expired - Lifetime JP3837452B2 (en) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | Magnetic sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3837452B2 (en) |
-
1998
- 1998-02-02 JP JP2131898A patent/JP3837452B2/en not_active Expired - Lifetime
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